KR101087392B1 - 액정표시장치의 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 액정표시장치의 백라이트 유닛은, 매트릭스 형태로 나뉜 램프 셀 영역에 각각 위치한 복수개의 단위 면발광 램프와; 상기 단위 면발광 램프들을 고정시키고 지지하는 외곽 케이스와; 상기 단위 면발광 램프를 로컬/ 분할 구동하기 위해 외곽 케이스 외부로 인출된 다수의 전극들이 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 단위 면발광 램프가 액정 패널 하부에 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 단위 면발광 램프를 로컬/ 분할 구동하기 위한 각 전극이 외부로 인출되어 구성됨으로써, 백라이트 분할 구동을 단순하게 수행하여 화질이 향상되며, 각 램프의 수리가 용이하다는 장점이 있다.

Description

액정표시장치의 백라이트 유닛{back light unit of liquid crystal display device}
도 1은 종래의 에지형 백라이트의 사시도.
도 2는 종래의 직하형 백라이트의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 백라이트 유닛의 구조를 간략하게 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 백라이트 유닛의 구조를 간략하게 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 백라이트 유닛의 구조를 간략하게 나타내는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30 : 외곽 케이스 32 : 램프 셀
34 : 단위 면발광 램프 36 : 음(-) 전극
38 : 양(+) 전극
본 발명은 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 단위 면발광 램프가 매트릭스 형태로 구비되는 직하형 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 TV를 비롯해서 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터에 주로 이용되고 있으나, CRT의 자체 무게와 크기로 인해 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극적으로 대응할 수 없었다. 따라서 각종 전자제품의 소형, 경량화되는 추세에서 CRT는 무게나 크기등에 있어서 일정한 한계를 가지고 있으며 이를 대체할 것으로 예상되는 것으로 전계 광학적인 효과를 이용한 액정표시장치(Liquid Crystal Display :LCD), 가스방전을 이용한 플라즈마 표시소자(PDP : Plasma Display Panel) 및 전계 발광 효과를 이용한 EL 표시소자(ELD : Electro Luminescence Display) 등이 있으며, 그 중에서 액정표시소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 CRT를 대체하기 위해서 소형, 경량화 및 저소비전력 등의 장점을 갖는 액정표시장치가 활발하게 개발되어 왔고, 최근에는 평판 표시장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도로 개발되어 랩탑형 컴퓨터의 모니터뿐만 아니라 데스크탑형 컴퓨터의 모니터 및 대형 정보 표시장치등에 사용되고 있어 액정표시장치의 수요는 계속적으로 증가되고 있는 실정이다.
이와 같은 액정표시장치의 대부분은 외부에서 들어오는 광의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 장치이기 때문에 LCD 패널에 광을 조사하기 위한 별도의 광원, 즉 백 라이트(Back Light)가 반드시 필요하다.
일반적으로, 액정표시장치의 광원으로 사용되는 백 라이트는 원통형의 발광 램프를 배치하는 방식으로서, 에지방식과 직하 방식으로 구분된다.
이중 에지방식은 빛을 안내하는 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 것으로써, 램프 유닛은 빛을 발산하는 램프, 램프의 양단에 삽입되어 램프를 보호하는 램프 홀더 및 램프의 외주면을 감싸고 일측면이 도광판의 측면에 끼워져 램프에서 발산된 빛을 도광판 쪽으로 반사시켜 주는 램프 반사판을 구비한다.
이와 같이 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 에지방식은 주로 랩탑형 컴퓨터 및 데스크탑형 컴퓨터의 모니터와 같이 비교적 크기가 작은 액정표시장치에 적용되는 것이다.
한편, 직하방식은 액정표시장치의 크기가 20인치 이상으로 대형화되기 시작하면서 중점적으로 개발되기 시작한 것으로, 확산판의 하부면에 복수개의 램프를 일렬로 배열시켜 LCD 패널의 전면으로 빛을 직접 조광하는 것이다.
이러한, 직하방식은 에지방식에 비해 광의 이용 효율이 높기 때문에 고휘도를 요구하는 대화면 액정표시장치에 주로 사용된다.
하지만, 직하방식이 채택된 액정표시장치의 경우는 대형 모니터나 텔레비전등으로 사용되어 랩탑형 컴퓨터에 비해 사용하는 시간이 길어지고, 램프의 개수도 많기 때문에 에지방식의 액정표시장치보다 직하방식의 액정표시장치에서 램프의 고장 및 수명이 다하여 점등이 되지 않는 램프가 나타날 가능성이 더 많아졌다.
또한, 도광판의 폭방향 양측면에 램프 유닛이 설치되는 에지방식의 경우 램프의 수명 및 고장으로 인해 예를 들어, 한 개의 램프가 점등되지 않을 경우 화면상의 휘도만 저하될 뿐 별무리는 없다.
그러나 직하방식에서는 화면 밑면에 램프들이 복수개 설치되기 때문에 램프의 수명 및 고장으로 인해 예를 들어, 한 개의 램프가 점등되지 않을 경우 램프가 점등되지 않은 부분이 다른 부분보다 현저하게 어두워지므로 램프가 점등되지 않는 부분이 화면상에 곧바로 나타나게 된다.
이로 인해, 직하방식의 액정표시장치에서는 램프의 교체가 빈번하게 이루어지므로, 직하방식의 액정표시장치는 램프 유닛을 분해하고 조립하는데 용이한 구조를 가져야 한다.
상기와 같이 원통형의 발광 램프를 사용하여 에지방식과 직하방식으로 배열하는 백라이트는 발광 램프의 분해와 조립 및 발광 램프 자체의 열 발생으로 광효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 종래의 백라이트에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 에지형 백라이트의 사시도이고, 도 2는 종래의 직하형 백라이트의 사시도이다.
먼저, 종래 에지형 백라이트는 모니터와 노트북 PC에 사용할 수 있는데, 이하에서는 모니터용 백라이트에 대하여 설명하기로 한다.
모니터용 백 라이트는 도 1에 도시한 바와 같이 빛을 발산하는 광원으로서의 램프(10)와, 상기 램프(10)에서 발산하는 광을 안내하여 LCD 패널부(14)로 반사시켜주는 도광판(11)과, 상기 도광판(11) 상부로 출사되는 광을 소정의 각도로 확산시켜주는 확산시트(12)와, 상기 확산된 광을 집광하여 LCD 패널부(14)로 전달하는 프리즘 시트(13)와, 상기 프리즘 시트(13) 상단에 형성된 LCD 패널부(14)와, 상기 도광판(11) 하단에 형성된 고정 기구물(도면에는 나타나 있지 않음)과, 상기 고정 기구물로 전달되는 광을 LCD 패널부(14)로 반사시켜주어 광의 손실을 최소화시켜주는 하면 반사판(16)으로 구성된다.
상기의 구성 외에도 도광판(11) 입광면으로 출사되는 램프(10)의 출사광이 손실되는 것을 줄이기 위해 도광판(11)의 입광면을 제외한 램프(10)의 바깥쪽을 감싸는 램프 반사판(18)과, 램프(10)를 소정 위치에 고정시키고 도광판(11)의 램프(10) 영역으로의 과도한 진입을 막기 위해 램프(10) 양단에 형성된 램프 홀더(17)가 더 구비되어 있다. 상기에서 확산시트(12)는 필요에 따라 복수개 형성할 수 있다.
에지 방식에 따라 제작된 모니터용 백라이트는 도광판의 양측 부분에 램프를 배치시키는 것인데, 상술한 바와 같이 에지방식에 따른 백라이트는 모니터 외에도 노트북 PC에 적용할 수 있는데, 이때는 도광판의 일측 부분에만 램프를 배치시킨다.
다음으로 종래의 직하형 백라이트는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 발광 램프(1)들, 상기 발광 램프(1)들을 고정시키고 지지하는 외곽 케이스(3), 상기 발광 램프(1)들과 액정 패널(미도시) 사이에 배치된 광 산란수단(5a,5b,5c)으로 구성된다.
상기 광 산란수단(5a,5b,5c)은 발광 램프의 형상이 액정 패널의 표시면에 나타나는 것을 방지하고 전체적으로 균일한 밝기 분포를 갖는 광원을 제공하기 위한 것으로, 광 산란 효과를 증진시키기 위해 액정 패널과의 사이에 다수의 확산 시트(Diffusion sheet) 및 확산 플레이트(Diffusion plate) 등이 배치된다.
상기 외곽 케이스(3)의 내면에는 발광램프(1)에서 발생된 광이 액정 패널의 표시부로 집중 조사될 수 있도록 반사판(7)이 배치되어 있으며, 이는 광의 이용효율을 극대화하기 위함이다.
상기 발광 램프(1)는 냉음극관 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp :CCFL)로서, 관(Tube) 내부의 양단에 전극이 배치되어 상기 전극에 전원이 인가되면 발광하고, 상기 발광램프(1)의 양단은 도 2와 같이, 외곽 케이스(3)의 양쪽면에 형성된 홈에 끼워져 있다.
상기 발광 램프의 양쪽 전극에는 램프 구동을 위한 전원을 전달하는 전원 인입선(9,9a)이 연결되고, 상기 전원 인입선(9,9a)은 별도의 커넥터에 연결되어 구동회로와 접속된다. 따라서, 각 발광 램프(1)마다 별도의 커넥터가 필요하다.
즉, 발광 램프의 한쪽 전극에 연결된 전원 인입선(9)과 다른쪽 전극에 연결된 전원 인입선(9a)이 하나의 커넥터에 연결되며, 전원 인입선(9,9a) 중 어느 하나는 외곽 케이스(3)의 하부로 구부러져서 커넥터와 연결된다.
한편, 발광 램프를 상기 냉음극관 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp :CCFL)대신에 관(tube) 양단의 외부에 전극을 갖는 EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)을 사용하여 구성할 수도 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 램프 구조에 의한 백라이트 유닛은 부분적으로 높은 휘도를 나타내고자 할 경우 그 대응이 불가능하다는 단점이 있다.
물론 직하형 백라이트 유닛의 경우 각 램프를 순차적으로 점등하여 부분적인 휘도 제어가 가능하지만, 이는 램프가 위치한 횡축 또는 종축이 전부 밝아지는 문제가 있기에 이를 이용한 부분적인 peak brightness 구현은 문제가 있다.
본 발명은 단위 면발광 램프가 액정 패널 하부에 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 단위 면발광 램프를 로컬/ 분할 구동하기 위한 각 전극이 외부로 인출되어 구성됨으로써, 백라이트 분할 구동을 단순하게 수행하여 화질이 향상되며, 각 램프의 수리를 용이하게 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 액정표시장치의 백라이트 유닛은, 매트릭스 형태로 나뉜 램프 셀 영역에 각각 위치한 복수개의 단위 면발광 램프와; 상기 단위 면발광 램프들을 고정시키고 지지하는 외곽 케이스와; 상기 단위 면발광 램프를 로컬/ 분할 구동하기 위해 외곽 케이스 외부로 인출된 다수의 전극들이 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단위 면발광 램프들과 액정 패널 사이에 배치되는 광 산란수단이 더 포함되며, 상기 단위 면발광 램프는 다수의 램프 셀 영역 내에 각각 곡선 형태의 관으로 구성되고, 상기 램프를 구동하기 위한 한 쌍의 전극이 케이스 외부로 인출됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 외곽 케이스의 횡측과 종측에 각각 다수개의 양극 및 음극으로서의 전극이 배치되어 있으며, 상기 배열된 양극 및 음극은 각각 그에 대응되는 단위 면발광 램프와 연결되어 있음을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극 및 음극에는 그에 연결된 단위 면발광 램프가 구동되기 위해 필요한 전압 크기의 절반에 해당하는 양(+) 및 음(-)의 전압이 동시에 인가됨을 특징으로 한다.
또한, 횡측에 구비된 각 전극은 하나의 전극 라인으로 그 전극 라인과 연결된 단위 면발광 램프에 일괄적으로 전압을 인가하고, 종측으로 구비된 각 전극은 그에 대응하는 단위 면발광 램프로부터 개별적으로 인출되어 개별적인 전압이 인가됨을 특징으로 한다.
또는, 상기 외곽 케이스의 일측에 각각 다수개의 양극 및 음극으로서의 전극이 배치되어 있으며, 상기 배열된 양극 및 음극은 각각 그에 대응되는 단위 면발광 램프와 연결되거나, 상기 외곽 케이스의 일측에 각각 다수개의 양극 및 음극으로서의 전극이 배치되어 있으며, 상기 배열된 양극 및 음극은 각각 그에 대응되는 단위 면발광 램프와 연결되어 있음을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 백라이트 유닛의 구조를 간략하게 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 직하형 백라이트 유닛은, 매트릭스 형태로 나뉜 램프 셀(32) 영역에 각각 위치한 복수개의 단위 면발광 램프(34)와, 상기 단위 면발광 램프(32)들을 고정시키고 지지하는 외곽 케이스(30)와, 상기 단위 면발 광 램프(34)를 로컬/ 분할 구동하기 위해 외곽 케이스(30) 외부로 인출된 다수의 전극들과, 상기 단위 면발광 램프(34)들과 액정 패널(미도시) 사이에 배치된 광 산란수단(미도시)으로 구성된다.
상기 광 산란수단은 단위 면발광 램프(34)의 형상이 액정 패널의 표시면에 나타나는 것을 방지하고 전체적으로 균일한 밝기 분포를 갖는 광원을 제공하기 위한 것으로, 광 산란 효과를 증진시키기 위해 액정 패널과의 사이에 다수의 확산 시트(Diffusion sheet) 및 확산 플레이트(Diffusion plate) 등이 배치된다.
또한, 상기 외곽 케이스(30)의 내면에는 각 단위 면발광 램프(34)에서 발생된 광이 액정 패널의 표시부로 집중 조사될 수 있도록 반사판(미도시)이 배치되어 있으며, 이는 광의 이용효율을 극대화하기 위함이다.
본 발명의 경우 상기 단위 면발광 램프(34)는 도시된 바와 같이 매트릭스 형태로 구획된 다수의 램프 셀(32) 영역 내에 곡선 형태로 각각 구비되어 있으며, 상기 램프(34)를 구동하기 위한 각 한 쌍의 전극(36, 38)이 케이스 외부로 인출되어 있다.
여기서, 상기 단위 면발광 램프(34)은 냉음극관 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)로 구현될 수 있으며, 이 경우 곡선 형태의 관(Tube) 내부 양단과 연결되는 전극(36, 38)에 전원이 인가되면 발광하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 케이스의 횡측과 종측에 각각 다수개의 양극(38) 및 음극(36)으로서의 전극이 배치되어 있으며, 상기 배열된 양극(38) 및 음극(36)에 소정의 전압이 인가됨으로써 상기 단위 면발광 램프(34)가 구동하게 된 다.
상기 각 단위 면발광 램프(34)가 구동되기 위해 필요한 전압을 Vth라고 할 때, 본 발명은 그 절반에 해당하는 1/2Vth값을 양극(38)과 음극(36)에서 동시에 인가함으로써 구동됨을 그 특징으로 한다.
즉, 좌측 상부에 구비된 단위 면발광 램프(34)를 구동하기 하기 위해서는 횡측의 첫번째 전극에 -1/2Vth, 종측의 첫번째 전극에 +1/2Vth을 인가하면 되는 것이다.
이와 같이 본 발명에 있어서 각각의 단위 면발광 램프(34)는 램프의 양측 끝단이 소정의 양극(38) 및 음극(36)과 접속되어 있고, 상기 접속된 양극(38) 및 음극(36)에 일정치의 전압을 가해줌으로써 각 단위 면발광 램프(34) 별로 로컬/ 분할 구동이 가능하게 된다.
여기서, 종측에 구비된 각 전극(36)은 하나의 전극 라인으로 그 전극 라인과 연결된 각각의 단위 면발광 램프(34)에 일괄적으로 전압을 인가하며, 횡측으로 구비된 각 전극(38)은 그에 대응하는 단위 면발광 램프(34)로부터 각각 개별적으로 인출되어 연결되어 있으며, 그에 따라 각각 개별적인 전압이 인가된다.
이를 통해 앞서 설명한 각 단위 면발광 램프 각각의 로컬/ 분할 구동이 가능한 것이다.
한편, 본 발명에 의한 단위 면발광 램프가 앞서 설명한 냉음극관 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)으로 한정되는 것은 아니며, 그 외에 관(tube) 양단의 외부에 전극을 갖는 EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)을 사용하 여 구성할 수도 있는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의하면 다수개의 단위 면발광 램프를 이용하게 되면 백라이트의 로컬 제어(local control) 및 피크 휘도(peak brightness)를 개선할 수 있게 된다.
즉, 상기 다수개의 단위 면발광 램프를 매트릭스 형태로 배치한 뒤 입력 영상의 분석을 통해 한 프레임 내에서 보다 밝은 또는 보다 어두운 영상이 필요한 영역을 검출하여 그 영역에 대한 신호를 상기 백라이트 유닛측으로 보내 해당 영역에 위치한 단위 면발광 램프에 대해 모듈레이션(modulation)을 하여 화질을 향상시킬 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 백라이트 유닛의 구조를 간략하게 나타내는 사시도이다.
단, 도 3에 도시된 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 도 3과 비교할 때 종측으로 구비된 전극(36) 라인이 모두 횡측으로 이동되어 위치된다는 점에서 그 차이가 있으며, 단위 면발광 램프의 위치 및 그 동작 방법은 도 3에서 설명한 바와 동일하다.
이와 같이 모든 전극(36, 38)을 한 측으로 이동하여 위치시킴으로써 상기 단위 면발광 램프(34)를 구동하는 인버터부를 한 곳에 집중시킬 수 있게 되며, 이를 통해 백라이트 유닛을 비롯한 액정표시장치 모듈의 후면 구조를 보다 간단하게 할 수 있는 것이다.
단, 상기 구조는 도 5에 도시된 바와 같이 특정 램프 셀(32 ) 열에 해당하는 단위 면발광 램프들의 방향을 바꾸어 그에 대응하는 전극(38 )의 위치를 서로 마주보는 양측에 형성할 수도 있다.
이는 액정표시장치 모듈에서 가장 많은 열을 방출하는 인버터를 분리 구동하기 위함이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 단위 면발광 램프가 액정 패널 하부에 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 단위 면발광 램프를 로컬/ 분할 구동하기 위한 각 전극이 외부로 인출되어 구성됨으로써, 백라이트 분할 구동을 단순하게 수행하여 화질이 향상되며, 각 램프의 수리가 용이하다는 장점이 있다.

Claims (8)

  1. 횡측으로 복수개로 분할되고, 종측으로 복수개로 분할된 단위 면발광 램프와;
    상기 단위 면발광 램프들을 고정시키고 지지하는 외곽 케이스와;
    상기 단위 면발광 램프를 로컬/ 분할 구동하기 위해 외곽 케이스 외부로 인출된 다수의 전극들이 포함되어 구성되고, 한 프레임 내에 밝은 영역과 어두운 영역의 영상을 분석하여 상기 밝은 영역에 해당하는 상기 단위 면발광 램프의 휘도를 상승시키고, 상기 어두운 영역에 해당하는 상기 단위 면발광 램프의 휘도를 하강시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단위 면발광 램프들과 액정 패널 사이에 배치되는 광 산란수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 단위 면발광 램프는 다수의 램프 셀 영역 내에 각각 곡선 형태의 관으로 구성되며, 상기 램프를 구동하기 위한 한 쌍의 전극이 케이스 외부로 인출됨을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 외곽 케이스의 횡측과 종측에 각각 다수개의 양극 및 음극으로서의 전 극이 배치되어 있으며, 상기 배열된 양극 및 음극은 각각 그에 대응되는 단위 면발광 램프와 연결되어 있음을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 양극 및 음극에는 그에 연결된 단위 면발광 램프가 구동되기 위해 필요한 전압 크기의 절반에 해당하는 양(+) 및 음(-)의 전압이 동시에 인가됨을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  6. 제 4항에 있어서,
    횡측에 구비된 각 전극은 하나의 전극 라인으로 그 전극 라인과 연결된 단위 면발광 램프에 일괄적으로 전압을 인가하고,
    종측으로 구비된 각 전극은 그에 대응하는 단위 면발광 램프로부터 개별적으로 인출되어 개별적인 전압이 인가됨을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 외곽 케이스의 일측에 각각 다수개의 양극 및 음극으로서의 전극이 배치되어 있으며, 상기 배열된 양극 및 음극은 각각 그에 대응되는 단위 면발광 램프와 연결되어 있음을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 외곽 케이스의 일측에 각각 다수개의 양극 및 음극으로서의 전극이 배치되어 있으며, 상기 배열된 양극 및 음극은 각각 그에 대응되는 단위 면발광 램프와 연결되어 있음을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
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